อะไรจะเป็นคำอธิบายสำหรับการสังเกตนี้?
- ก๊าซที่ถูกกระตุ้นจะสร้างเส้นสีแยกต่างหากแทนที่จะเป็นทุกความยาวคลื่น ลวดลายนี้เป็นหลักฐานของความแตกต่างของระดับพลังงานอะตอมที่เป็นจำนวนเฉพาะ (discrete)
สร้างโมเดล
- อะตอมมีนิวเคลียสที่มีประจุบวกเล็กน้อยและอิเล็กตรอน
- สเปกตรัมการแผ่รังสีและการดูดกลืนเกิดจากการเปลี่ยนผ่านระหว่าง ระดับพลังงาน ที่ไม่ต่อเนื่อง
- พลังงานของโฟตอนเท่ากับผลต่างระดับพลังงาน และเป็นไปตามสมการ E = hf
- สเปกตรัมการปล่อย: รูปแบบความยาวคลื่นของรังสีที่แหล่งกำเนิดปล่อยออกมา
- ระดับพลังงาน: สถานะพลังงานที่เป็นไปได้ในแบบจำลองหนึ่งๆ
การเปลี่ยนระดับพลังงานลงจะปล่อยโฟตอนหนึ่งตัวที่มีพลังงานเท่ากับผลต่างของระดับ: hf = E₂ − E₁
เลือกหลักฐานที่นำมาทดสอบได้
- โฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาสอดคล้องกับการเปลี่ยนสถานะไปยังระดับพลังงานที่ต่ำกว่า
- การดูดกลืนต้องการผลต่างพลังงานที่สอดคล้องกัน
- การกระเจิงของรัทเทอร์ฟอร์ดสนับสนุนนิวเคลียสที่มีขนาดเล็กและหนาแน่น แต่การทดลองนี้เพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดโมเดลควอนตัมที่สมบูรณ์
ในห้องปฏิบัติการ: อ่านแผนภาพระดับพลังงานที่มีฉลากก่อนทำการคำนวณ แยกหน่วยจูลและอิเล็กตรอนโวลต์ออกจากกัน และใช้ค่าคงตัวที่กำหนดให้ เปรียบเทียบสเปกตรัมที่ระบุไว้บนมาตราส่วนความยาวคลื่นเดียวกัน และหลีกเลี่ยงการมองแหล่งกำเนิดแสงที่ไม่ปลอดภัย
เริ่มจากปริมาณที่ทราบแล้ว
- Known: energy levels are −6.0 and −2.0 eV.
- การเปลี่ยนสถานะลงจะปลดปล่อย 4.0 eV = 6.4×10⁻¹⁹ J โดยใช้ 1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J
- เมื่อ h = 6.4×10⁻³⁴ J s สำหรับแบบฝึกหัดที่ปัดเศษนี้ ความถี่คือ 1.0×10¹⁵ Hz
ถึงคุณ: ระดับพลังงานคือ −7.0 และ −2.0 eV จงหาพลังงานที่ปล่อยออกมาในการเปลี่ยนสถานะลง
ตรวจสอบข้อสรุปและขอบเขต
- พลังงานของสถานะถูกผูกติดที่เป็นลบมีค่าสัมพัทธ์เทียบกับศูนย์ที่เลือกไว้ ไม่ได้หมายความว่าโฟตอนที่ถูกปล่อยจะมีพลังงานเป็นลบ
- ผลต่างพลังงานในการเปลี่ยนสถานะลงที่ใหญ่กว่าจะทำให้มีความถี่สูงขึ้น
ไม่เป็นจริง: พลังงานของสถานะถูกผูกติดที่เป็นลบหมายความว่าโฟตอนที่ถูกปล่อยจะมีพลังงานเป็นลบ พลังงานระดับวัดได้โดยอ้างอิงจากศูนย์ที่เลือกไว้ (อิเล็กตรอนอิสระที่หยุดนิ่ง) ดังนั้นสถานะถูกผูกติดจึงมีค่าเป็นลบ พลังงานของโฟตอนคือผลต่างที่เป็นบวกระหว่างระดับ - ผลต่างของจำนวนลบจะเป็นบวก
จุดสำคัญ:
- อะตอมมีนิวเคลียสที่มีประจุบวกเล็กน้อยและอิเล็กตรอน
- โฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาสอดคล้องกับการเปลี่ยนสถานะไปยังระดับพลังงานที่ต่ำกว่า
- ระวัง: พลังงานของสถานะถูกผูกติดที่เป็นลบมีค่าสัมพัทธ์เทียบกับศูนย์ที่เลือกไว้ ไม่ได้หมายความว่าโฟตอนที่ถูกปล่อยจะมีพลังงานเป็นลบ
เขียนจากพลังงานโฟตอน 8 อิเล็กตรอนโวลต์
- ระดับพลังงานคือลบ 12.0 และ ลบ 4.0 อิเล็กตรอนโวลต์
- หาพลังงานโฟตอนของการเปลี่ยนสถานะลง ระดับที่เป็นลบไม่ทำให้พลังงานโฟตอนเป็นลบ
เขียนจากค่าพลังงานไอออไนเซชันที่อ่านได้
- ระดับพลังงานอยู่ที่ −5.0 eV
- การไอออไนซ์ต้องใช้ +5.0 eV = 8.0 × 10⁻¹⁹ J — ซึ่งคือพลังงานผูกยึดสถานะพื้นอ่านย้อนกลับ
เขียนจากการนับระดับสามระดับ
- ระดับอยู่ที่ −5, −3 และ −1 eV
- การเปลี่ยนระดับ 2, 4 และ 2 eV — มีสามการเปลี่ยนแต่มีพลังงานโฟตอนที่แตกต่างกันเพียงสองแบบ: นับการเปลี่ยนก่อน แล้วจึงนับเส้นสเปกตรัมที่แตกต่างกัน